پیل سوختی PEM غیر گرمایی
معرفی
این آموزش، واکنشهای الکتروشیمیایی بهم پیوسته، انتقال بار و گونهها، و انتقال حرارت را در پیل سوختی غشای الکترولیت پلیمری (PEM) مدلسازی میکند. برای میدان های جریان گاز، کانال های مستقیم در سمت آند هیدروژن استفاده می شود، در حالی که یک ساختار مشبک در سمت کاتد هوا استفاده می شود. سلول توسط یک سیال خنک کننده خنک می شود که در یک کانال جداگانه جریان دارد. شرایط مرزی دمایی دوره ای برای مرزهای بالا و پایین استفاده می شود، در نتیجه یک پیکربندی سلول انباشته را شبیه سازی می کند. انتقال الکترواسموتیک (کشش) و نفوذ آب از طریق غشاء نیز در مدل گنجانده شده است.
توجه: برای ساخت هندسه مدل و اجرای مدل، مجوز Design Module مورد نیاز است.
این آموزش فرض میکند که خواننده قبلاً به خوبی با مدلسازی پیل سوختی در COMSOL Multiphysics آشنایی دارد. برای مقدمهای کلی بر مدلسازی پیل سوختی، به آموزش انتقال جرم و واکنش الکتروشیمیایی در کاتد پیل سوختی و برای یک بحث مفصل در مورد مدلسازی مجموعه غشایی-الکترود (MEA) یک پیل سوختی PEM، به بخش حمل و نقل مراجعه کنید. آموزش مونتاژ الکترود-پدیده در پیل سوختی سلول سوختی پلیمری .
تعریف مدل

شکل 1: هندسه مدل.
هندسه مدل
شکل 1 هندسه مدل را نشان می دهد. ورودی جریان هوای مرطوب و گاز هیدروژن و همچنین سیال خنک کننده مایع در سمت راست پایین در شکل قرار دارد. کلکتور جریان فلزی در سمت کاتد از یک شبکه اکسترود شده ساخته شده است، در حالی که یک صفحه فلزی قالبگیری شده برای تشکیل کانالهای خنککننده مستقیم گاز و مایع در سمت آند (هیدروژن) استفاده میشود.
رابط ها و کوپلینگ های فیزیک
مدل با استفاده از تعدادی رابط فیزیک مختلف تعریف شده است:
• | توازن بار و گونه، ترمودینامیک فاز واکنش و گاز و واکنش های الکتروشیمیایی همگی با استفاده از یک رابط پیل سوختی هیدروژنی ( fc ) تعریف می شوند. این رابط همچنین شامل نفوذ آب و درگ الکترواسموتیک از طریق غشا است. |
• | جریان همرفتی و فشار فازهای گاز در محفظههای گاز آزاد و لایههای انتشار گاز (GDL) توسط دو رابط آزاد و متخلخل ( fp ) تعریف میشوند، یکی برای هر مخلوط گاز. این رابط های فیزیک معادلات ناویر-استوکس را در حوزه گاز آزاد و معادلات برینکمن را در GDL حل می کنند. |
• | جریان همرفتی و فشار سیال خنک کننده مایع با استفاده از یک رابط جریان آرام ( spf ) تعریف می شود. این رابط معادلات ناویر-استوکس را حل می کند. |
• | انتقال حرارت و دمای سلول با استفاده از رابط انتقال حرارت ( ht ) تعریف و حل می شود. |
اینترفیس ها به روش های مختلفی به هم متصل می شوند. گره های Multiphysics زیر در مدل برای تعریف کوپلینگ های مختلف استفاده می شوند:
• | گره های جریان واکنش ، یکی برای هر فاز گاز، سرعت ها و فشارهای همرفتی رابط های fp را در معادلات انتقال گونه ها و بیان سینتیک واکنش الکتروشیمیایی رابط fc اعمال می کنند . این گره های کوپلینگ همچنین چگالی و ویسکوزیته دینامیکی در رابط های fp را بر روی متغیرهای محاسبه شده توسط رابط fc تنظیم می کنند . |
• | گره گرمایش الکتروشیمیایی ، منابع گرمایی ناشی از واکنش های الکتروشیمیایی و گرمایش اهمی (ژول) محاسبه شده توسط رابط fc را در رابط ht اعمال می کند . گره همچنین دما را در تمام حوزههای fc روی رابط ht تنظیم میکند |
• | گره های جریان غیر گرمایی ، یکی برای هر رابط جریان سیال، میدان سرعت را در رابط های fp و spf به حوزه های سیال رابط های ht جفت می کنند. گره همچنین دما را در تمام دامنههای fp و spf روی رابط ht تنظیم میکند |
علاوه بر این، ظرفیت های حرارتی سیال و رسانایی حرارتی حوزه های گاز در حوزه سیال ht به صورت دستی بر روی متغیرهای دامنه داخلی مربوطه که توسط رابط fc محاسبه می شوند، تنظیم می شوند.
تقارن و شرایط مرزی دوره ای
تقارن در جهت x فرض میشود ، با شرایط تقارن (یا عایق / بدون شار ) در تمام رابطهای فیزیک در صفحات yz خارجی مربوطه هندسه مدل استفاده میشود.
برای رابط ht، یک شرط تناوبی برای جفت کردن شار گرما و دمای صفحات xy بالا و پایین استفاده می شود . به این ترتیب، یک پیکربندی سلول انباشته مدل شده است.
خواص مواد و شرایط عملیاتی
جریان های هیدروژن ورودی و گاز هوا تا 85 درصد در دمای 70 درجه سانتی گراد مرطوب می شوند. خواص فاز گاز با استفاده از توابع ترمودینامیکی داخلی رابط fc محاسبه شد .
سیال خنک کننده از خواص آب در کتابخانه مواد داخلی COMSOL Multiphysics استفاده می کند. دمای خنک کننده ورودی 70 درجه سانتیگراد است.
خاصیت رسانایی و انتقال آب غشایی از Nafion، EW 1100، بخار متعادل، پروتونه شده در کتابخانه مواد سلول سوختی و الکترولایزر گرفته شده است.
دامنههای جمعآور و تغذیهکننده فعلی از ویژگیهای مواد Steel AISI 4340 در کتابخانه مواد داخلی COMSOL Multiphysics استفاده میکنند.
مقادیر هدایت حرارتی و الکتریکی ناهمسانگرد برای GDL ها استفاده می شود. رسانایی حرارتی ناهمسانگرد از Ref. 1 . با توجه به هدایت حرارتی بسیار بالاتر ماتریس جامد GDLها، در مقایسه با فاز گاز، حوزههای GDL به عنوان جامد در رابط ht مدلسازی میشوند.
مقادیر باقیمانده پارامتر به صورت دلخواه برای اهداف آموزشی انتخاب شدند.
مش بندی
یک مش تعریف شده توسط کاربر در مدل استفاده شده است. یک مش چهاروجهی آزاد برای همه دامنه ها به جز GDLها و غشاء که در جهت z جارو می شوند استفاده می شود . با ساخت هندسه مدل به عنوان مجموعه ای از دو قسمت، با یک مرز تداوم حاصل که در صفحه xy در وسط غشاء قرار می گیرد، عملیات جاروب اجازه می دهد تا مش های غیر منطبق در هر طرف غشاء وجود داشته باشد.
مش های لایه مرزی در حوزه جریان آزاد اضافه می شوند تا شیب های تند در سرعت را حل کنند.
دنباله مطالعه
مدل در یک دنباله مطالعه متشکل از چند مرحله حل شده است. هر مرحله از حل مرحله قبل به عنوان مقادیر اولیه برای متغیرهای وابسته استفاده می کند. تمام مراحل مطالعه با استفاده از یک حل کننده ثابت حل می شود.
• | مرحله 1: راه اندازی توزیع فعلی. این مرحله مطالعه فقط برای متغیرهای بالقوه رابط fc ، برای پتانسیل سلولی 1 ولت حل می شود. |
• | مرحله 2: ثابت – جریان آند. این مرحله مطالعه فقط میدان سرعت و فشار مخلوط گاز آند (هیدروژن) را حل می کند. |
• | مرحله 3: ثابت – جریان کاتدی. این مرحله مطالعه فقط میدان سرعت و فشار مخلوط گاز کاتد (هوا) را حل می کند. |
• | مرحله 4: ثابت – جریان خنک کننده. این مرحله مطالعه فقط میدان سرعت و فشار جریان خنک کننده ( رابط spf ) را حل می کند. |
• | مرحله 5: ثابت – تمام فیزیک به جز جریان آرام. این مرحله مطالعه شروع به حل مشکل کامل در پتانسیل سلولی 1 ولت می کند و با استفاده از یک جارو کمکی آن را به 0.5 ولت کاهش می دهد . از آنجایی که فرض می شود خواص سیال خنک کننده تحت تأثیر تغییرات دما قرار نمی گیرد، رابط spf از حل در این مرحله مطالعه حذف می شود. |
استفاده از روش پلهای بالا، در ترکیب با جارو کردن پتانسیل سلول در آخرین جاروها، منجر به راهاندازی حلکننده قویتر برای این مشکل بسیار مرتبط میشود.
نتایج و بحث
شکل 2 چگالی جریان عبوری غشا را نشان می دهد. چگالی جریان به سمت سمت خروجی افزایش می یابد.

شکل 2: چگالی جریان الکترولیت متقاطع غشایی.
شکل 3 و شکل 4 افت پتانسیل در فیدر جریان آند و جمع کننده جریان کاتدی را به ترتیب و GDL ها نشان می دهد. افتهای بالقوه تقریباً 200 میلی ولت در هر طرف است و عمدتاً از تلفات در GDLها ناشی می شود.
شکل 5 و شکل 6 به ترتیب کسر مولی اکسیژن و بخار آب در مخلوط گاز کاتد را نشان می دهد. سطح اکسیژن کاهش می یابد در حالی که سطح آب به سمت خروجی افزایش می یابد. در زیر “پای” مش کلکتور فعلی، سطح اکسیژن نزدیک به خروجی تقریباً نیمی از سطوح ورودی است.
شکل 7 و شکل 8 به ترتیب دما را در کل سلول و فقط در کانال خنک کننده نشان می دهد. بالاترین دما در MEA با افزایش دما بیش از 10 درجه سانتیگراد در مقایسه با دمای ورودی یافت می شود.

شکل 3: پتانسیل الکتریکی در هادی فلزی و GDL در سمت آند سلول.

شکل 4: پتانسیل الکتریکی در هادی فلزی و GDL در سمت کاتد سلول.

شکل 5: کسر مولی اکسیژن.

شکل 6: کسر مولی بخار آب.

شکل 7: دما.

شکل 8: دما در کانال خنک کننده.
شکل 9 رطوبت نسبی مخلوط های گازی و فعالیت آب مربوطه را در فاز الکترولیت غشایی نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود به دلیل تولید آب، رطوبت نسبی به سمت خروجی افزایش می یابد. رطوبت نسبی بالاتر منجر به رسانایی غشا بالاتر می شود و چگالی جریان محلی بالاتر به سمت خروجی را توضیح می دهد که در شکل 2 مشاهده شد .
بیشترین رطوبت نسبی به سمت خروجی جریان گاز آند در مرز رو به کانال خنک کننده دیده می شود. تراکم آب و تشکیل قطرات از نظر ترمودینامیکی در این بخش از سلول بسیار مطلوب است.

شکل 9: فعالیت آب در فاز گاز و در غشا.
ارجاع
1. R. Bock، H. Karoliussen، BG Pollet، M. Secanell، F. Seland، D. Stanier، و OS Burheim، “تأثیر گرافیتی شدن بر هدایت حرارتی لایه های کاتالیزور و گرادیان های دما در سلول های سوختی غشای تبادل پروتون”. ” بین المللی جی هیدروگ. انرژی ، جلد. 45، شماره 2، ص 1335-1342، 2020.
مسیر کتابخانه برنامه: Fuel_Cell_and_Electrolyzer_Module/Thermal_Management/nonisothermal_pem_fuel_cell
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی
Model Wizard کلیک کنید .

مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی ![]() |
2 | در درخت Select Physics ، Electrochemistry>Hydrogen Fuel Cells>Proton Exchange (fc) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow> Porous Media and Subsurface Flow> Free and Porous Media Flow (fp) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در قسمت متن فیلد Velocity ، ua را تایپ کنید . |
7 | در جدول اجزای فیلد Velocity تنظیمات زیر را وارد کنید: |
انجام دادن |
وا |
از |
8 | در قسمت متن فشار ، pa را تایپ کنید . |
9 | روی افزودن کلیک کنید . |
10 | در قسمت متن فیلد Velocity ، uc را تایپ کنید . |
11 | در جدول اجزای فیلد Velocity تنظیمات زیر را وارد کنید: |
uc |
vc |
دستشویی |
12 | در قسمت متن فشار ، pc را تایپ کنید . |
13 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht) را انتخاب کنید . |
14 | روی افزودن کلیک کنید . |
15 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Single-Phase Flow>Laminar Flow (spf) را انتخاب کنید . |
16 | روی افزودن کلیک کنید . |
17 | در قسمت متن فیلد Velocity ، u_cool را تایپ کنید . |
18 | در جدول اجزای فیلد Velocity تنظیمات زیر را وارد کنید: |
u_cool |
v_cool |
w_cool |
19 | در قسمت متن فشار ، p_cool را تایپ کنید . |
20 | ![]() |
21 | ![]() |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، قسمت Advanced را پیدا کنید . |
3 | از لیست نمایش هندسه ، هسته CAD را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل nonisothermal_pem_fuel_cell_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() ![]() |
تعاریف جهانی
پارامترهای هندسه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات پارامترها ، هندسه پارامترها را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
پارامترهای فیزیک
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، Physics Parameters را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Parameters را پیدا کنید . ![]() |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل nonisothermal_pem_fuel_cell_physics_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی پیل سوختی هیدروژنی (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پیل سوختی هیدروژنی ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دامنه های فیزیک سلول سوختی را انتخاب کنید . |
4 | کلیک کنید تا قسمت Membrane Transport گسترش یابد . چک باکس Electroosmotic water drag را انتخاب کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Steel AISI 4340 را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
6 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
7 | در درخت، Fuel Cell and Electrolyzer>Polymer Electrolytes>Nafion, EW 1100, Vapor Equilibrated, Protonated را انتخاب کنید . |
8 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
مواد
فولاد AISI 4340 (mat1)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، هادی های فلزی را انتخاب کنید . |
مایع خنک کننده
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Water, liquid (mat2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Cooling Fluid را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال های خنک کننده را انتخاب کنید . |
Nafion، EW 1100، بخار متعادل، پروتونه (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Nafion، EW 1100، Vapor Equilibrated، Protonated (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
غشاء 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره Settings for Membrane ، قسمت Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Membrane 1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی T 0 ، T_in را تایپ کنید . |
جذب- دفع آب H2 Side 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Water Absorption-Desorption، H2 Side 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به جذب- دفع آب ، سمت H2 ، بخش Absorption-Desorption Condition را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد الکترولیت ، Nafion، EW 1100، Vapor Equilibrated، Protonated (mat3) را انتخاب کنید . |
جذب- دفع آب، O2 سمت 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Water Absorption-Desorption، O2 Side 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به جذب- دفع آب ، سمت O2 ، بخش Absorption-Desorption Condition را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد الکترولیت ، Nafion، EW 1100، Vapor Equilibrated، Protonated (mat3) را انتخاب کنید . |
کانال 1 جریان گاز H2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای کانال جریان گاز H2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، محفظه گاز آزاد آند را انتخاب کنید . |
لایه انتشار گاز H2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه انتشار گاز H2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Anode GDL را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول σ s تنظیمات زیر را وارد کنید: |
sigmas_GDL_IP | 0 | 0 |
0 | sigmas_GDL_IP | 0 |
0 | 0 | sigmas_GDL_TP |
6 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، epsg_GDL را تایپ کنید . |
کانال 1 جریان گاز O2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای کانال جریان گاز O2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، محفظه گاز بدون کاتد را انتخاب کنید . |
لایه انتشار گاز O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه انتشار گاز O2 ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Cathode GDL را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول σ s تنظیمات زیر را وارد کنید: |
sigmas_GDL_IP | 0 | 0 |
0 | sigmas_GDL_IP | 0 |
0 | 0 | sigmas_GDL_TP |
6 | بخش حمل و نقل گاز را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، epsg_GDL را تایپ کنید . |
گردآورنده فعلی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای جمعآوری کنونی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، هادی های فلزی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Electrode Charge Transport را پیدا کنید . از لیست σ ، از مواد را انتخاب کنید . |
فاز 1 هدایت الکترونیکی
در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc)>Electronic Conducting Phase 1 را گسترش دهید ، سپس روی Electronic Conducting Phase 1 کلیک کنید .
زمین برق 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای زمین الکتریکی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، تماس با تغذیه کننده جریان آند را انتخاب کنید . |
فاز 1 هدایت الکترونیکی
در پنجره Model Builder ، روی Electronic Conducting Phase 1 کلیک کنید .
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات Electric Potential ، قسمت Electric Potential را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن φ s,bnd ، E_cell را تایپ کنید . |
4 | قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . از لیست Selection ، Top Plate Surface را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc)>H2 Gas Phase 1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مقادیر اولیه ، قسمت ترکیب اولیه را پیدا کنید . |
3 | از لیست مشخصات مخلوط ، مخلوط مرطوب شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی RH hum ، RH_an را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن T hum ، T_in را تایپ کنید . |
فاز 1 H2 گازی
در پنجره Model Builder ، روی H2 Gas Phase 1 کلیک کنید .
ورودی H2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی H2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی گاز آند را انتخاب کنید . |
فاز 1 H2 گازی
در پنجره Model Builder ، روی H2 Gas Phase 1 کلیک کنید .
خروجی H2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای خروجی H2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خروجی گاز آند را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell (fc)>O2 Gas Phase 1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مقادیر اولیه ، قسمت ترکیب اولیه را پیدا کنید . |
3 | از لیست مشخصات مخلوط ، هوای مرطوب را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن RH hum ، RH_cath را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن T hum ، T_in را تایپ کنید . |
فاز 1 گاز O2
در پنجره Model Builder ، روی O2 Gas Phase 1 کلیک کنید .
ورودی O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی O2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی گاز کاتد را انتخاب کنید . |
فاز 1 گاز O2
در پنجره Model Builder ، روی O2 Gas Phase 1 کلیک کنید .
خروجی O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای خروجی O2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خروجی گاز کاتد را انتخاب کنید . |
الکترود نازک انتشار گاز H2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود نازک انتشار گاز H2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Anode GDE را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ضخامت الکترود را پیدا کنید . در قسمت متنی d gde ، L_CL را تایپ کنید . |
واکنش الکترود انتشار گاز نازک H2 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Thin H2 Gas Diffusion Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود انتشار گاز نازک H2 ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0_H2_ref را تایپ کنید . |
4 | قسمت Active Specific Surface Area را پیدا کنید . در قسمت متن a v ، a_CL را تایپ کنید . |
الکترود نازک انتشار گاز O2 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترود نازک انتشار گاز O2 ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Cathode GDE را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ضخامت الکترود را پیدا کنید . در قسمت متنی d gde ، L_CL را تایپ کنید . |
واکنش الکترود انتشار گاز نازک O2 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Thin O2 Gas Diffusion Electrode Reaction 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود انتشار گاز نازک O2 ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن i 0,ref ( T ) i0_O2_ref را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن α a ، alphaa_O2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Active Specific Surface Area را پیدا کنید . در قسمت متن a v ، a_CL را تایپ کنید . |
جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Free and Porous Media Flow (fp) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جریان رسانه آزاد و متخلخل ، جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، آند بدون گاز و GDL را انتخاب کنید . |
4 | بخش Physical Model را پیدا کنید . از لیست تراکم پذیری ، جریان تراکم پذیر (Ma<0.3) را انتخاب کنید . |
چند فیزیک
جریان واکنش، فاز 1 گاز H2 (rfh1)
در نوار ابزار Physics ، روی
Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Reacting Flow، H2 Gas Phase را انتخاب کنید .

جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند (FP)
متخلخل متوسط 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای محیط متخلخل ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Anode GDL را انتخاب کنید . |
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست ε p ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، epsg_GDL را تایپ کنید . |
4 | از لیست κ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، kappag_GDL را تایپ کنید . |
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Boundary Condition را پیدا کنید . |
3 | از لیست، جریان کاملاً توسعه یافته را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Fully Developed Flow را پیدا کنید . در قسمت متن U av ، v_in_an را تایپ کنید . |
5 | قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی گاز آند را انتخاب کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خروجی گاز آند را انتخاب کنید . |
دیوار 2
1 | در پنجره Model Builder ، گره Free and Porous Media Flow – Anode (fp) را گسترش دهید . |
2 | روی Free and Porous Media Flow – Anode (fp) کلیک راست کرده و Wall را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . |
4 | از لیست شرایط دیوار ، لغزش را انتخاب کنید . |
5 | قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، GDL Boundaries را انتخاب کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مرزهای تقارن راست و چپ را انتخاب کنید . |
جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Free and Porous Media Flow 2 (fp2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جریان رسانه آزاد و متخلخل ، جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، گاز بدون کاتد و GDL را انتخاب کنید . |
4 | بخش Physical Model را پیدا کنید . از لیست تراکم پذیری ، جریان تراکم پذیر (Ma<0.3) را انتخاب کنید . |
چند فیزیک
جریان واکنش، فاز 1 گاز O2 (rfo1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان واکنش ، فاز گاز O2 ، بخش Coupled Interfaces را پیدا کنید . |
3 | از لیست جریان سیال ، جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (fp2) را انتخاب کنید . |
جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (FP2)
متخلخل متوسط 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Free and Porous Media Flow – Cathode (fp2) را گسترش دهید . |
2 | روی Free and Porous Media Flow – Cathode (fp2) کلیک راست کرده و Porous Medium را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای محیط متخلخل ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Cathode GDL را انتخاب کنید . |
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست ε p ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، epsg_GDL را تایپ کنید . |
4 | از لیست κ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، kappag_GDL را تایپ کنید . |
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی گاز کاتد را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست، جریان کاملاً توسعه یافته را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fully Developed Flow را پیدا کنید . در قسمت متن U av ، v_in_cath را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خروجی گاز کاتد را انتخاب کنید . |
دیوار 2
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، GDL Boundaries را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست شرایط دیوار ، لغزش را انتخاب کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مرزهای تقارن راست و چپ را انتخاب کنید . |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
سیال – گاز آند
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، Fluid – Anode Gas را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، محفظه گاز آزاد آند را انتخاب کنید . |
4 | بخش هدایت حرارتی ، سیال را پیدا کنید . از لیست k ، هدایت حرارتی ، فاز گاز (fc) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Thermodynamics, Fluid را پیدا کنید . از لیست نوع سیال ، گاز/مایع را انتخاب کنید . |
6 | از لیست ρ ، چگالی فاز گاز (fc) را انتخاب کنید . |
7 | از لیست C p ، ظرفیت گرمایی در فشار ثابت ، فاز گاز (fc) را انتخاب کنید . |
8 | از لیست γ ، User defined را انتخاب کنید . |
سیال – گاز کاتد
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، Fluid – Cathode Gas را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، محفظه گاز بدون کاتد را انتخاب کنید . |
4 | بخش هدایت حرارتی ، سیال را پیدا کنید . از لیست k ، هدایت حرارتی ، فاز گاز (fc) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Thermodynamics, Fluid را پیدا کنید . از لیست نوع سیال ، گاز/مایع را انتخاب کنید . |
6 | از لیست ρ ، چگالی فاز گاز (fc) را انتخاب کنید . |
7 | از لیست C p ، ظرفیت گرمایی در فشار ثابت ، فاز گاز (fc) را انتخاب کنید . |
8 | از لیست γ ، User defined را انتخاب کنید . |
مایع – خنک کننده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، Fluid – Cooling را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال های خنک کننده را انتخاب کنید . |
جامد – GDL
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid ، Solid – GDLs را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، GDLs را انتخاب کنید . |
4 | بخش رسانش گرما ، جامد را پیدا کنید . از فهرست k ، User defined را انتخاب کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول k تنظیمات زیر را وارد کنید: |
kappa_GDL_IP | 0 | 0 |
0 | kappa_GDL_IP | 0 |
0 | 0 | kappa_GDL_TP |
6 | بخش ترمودینامیک، جامد را پیدا کنید . از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . از لیست C p ، User defined را انتخاب کنید . |
جامد – غشاء
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار برچسب ، Solid – Membrane را تایپ کنید . |
5 | بخش ترمودینامیک، جامد را پیدا کنید . از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . از لیست C p ، User defined را انتخاب کنید . |
جریان 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Upstream Properties را پیدا کنید . در قسمت متن T ustr ، T_in را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات خروجی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، Outlets را انتخاب کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مرزهای تقارن راست و چپ را انتخاب کنید . |
شرایط دوره ای 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای شرایط دوره ای ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مرزهای بالا و پایین را انتخاب کنید . |
جریان آرام (SPF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Laminar Flow ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، کانال های خنک کننده را انتخاب کنید . |
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Cooling Inlet را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست، جریان کاملاً توسعه یافته را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fully Developed Flow را پیدا کنید . در قسمت متن U av ، v_in_cool را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خروجی خنک کننده را انتخاب کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مرزهای تقارن راست و چپ را انتخاب کنید . |
چند فیزیک
گرمایش الکتروشیمیایی 1 (ech1)
در نوار ابزار Physics ، روی
Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Electrochemical Heating را انتخاب کنید .

جریان غیر گرمایی – گاز آند
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان غیر گرمایی ، جریان غیر گرمایی – آند گاز را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
جریان غیر گرمایی – گاز کاتد
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان غیر گرمایی ، جریان غیر گرمایی – گاز کاتد را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Coupled Interfaces را پیدا کنید . از لیست جریان سیال ، جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (fp2) را انتخاب کنید . |
جریان غیر گرمایی – سیال خنک کننده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان غیر گرمایی ، در قسمت نوشتار برچسب ، جریان غیر گرمایی – سیال خنک کننده را تایپ کنید . |
3 | قسمت Coupled Interfaces را پیدا کنید . از لیست Fluid flow ، Laminar Flow (spf) را انتخاب کنید . |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات و سیالات (ht) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتقال حرارت در جامدات و سیالات ، بخش Physical Model را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ref ، T_in را تایپ کنید . |
تعاریف
دامنه های جریان آزاد
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی Definitions کلیک راست کرده و Selections>Union را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Selections to add ، روی ![]() |
5 | در کادر محاورهای افزودن ، در فهرست انتخابها برای افزودن ، کانالهای خنککننده و دامنههای گاز رایگان را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Free Flow Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
مرزهای جریان آزاد
1 | در نوار ابزار تعاریف ، ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای مجاور ، Free Flow Boundaries را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت انتخابهای ورودی ، روی افزودن کلیک کنید . ![]() |
4 | در کادر محاورهای افزودن ، دامنههای جریان آزاد را در فهرست انتخابهای ورودی انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
مرزهای لایه مرزی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، Boundary Layer Boundaries را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی ![]() |
5 | در کادر محاوره ای افزودن ، Free Flow Boundaries را در لیست Selections to add انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
8 | در قسمت انتخابها برای تفریق ، روی ![]() |
9 | در کادر محاورهای افزودن ، در فهرست انتخابها برای تفریق ، ورودی گاز کاتد ، خروجی گاز کاتد ، ورودی گاز آند ، خروجی گاز آند ، ورودی خنککننده ، خروجی خنککننده و مرزهای تقارن راست و چپ را انتخاب کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
Sweep Domains
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Sweep Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی ![]() |
4 | در کادر محاورهای افزودن ، در لیست Selections to add ، Membrane ، Cathode GDL و Anode GDL را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
دامنه های تت رایگان
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Complement ، Free Tet Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to invert ، روی ![]() |
4 | در کادر محاورهای افزودن ، Sweep Domains را در فهرست انتخابها برای معکوس کردن انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
مش 1
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، محفظه گاز بدون کاتد را انتخاب کنید . |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر حداقل اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، m_th/4 را تایپ کنید . |
اصلاح گوشه 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | در پنجره Settings for Corner Refinement ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دامنه های جریان آزاد را انتخاب کنید . |
5 | قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . از لیست Selection ، Boundary Layer Boundaries را انتخاب کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دامنه های رایگان Tet را انتخاب کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . در قسمت متن حداکثر اندازه عنصر ، m_th را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی Minimum element size m_th/2 را تایپ کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید . ![]() |
لایه های مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دامنه های جریان آزاد را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش تنظیمات گوشه کلیک کنید . از فهرست Handling of the sharp edges ، Trimming را انتخاب کنید . |
ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Boundary Layer Boundaries را انتخاب کنید . |
4 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of layers عدد 3 را تایپ کنید . |
5 | از لیست مشخصات ضخامت ، اولین لایه را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Thickness ، m_th/5 را تایپ کنید . |
7 | ![]() ![]() |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Sweep Domains را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | روی Distribution 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید . ![]() |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت مطالعه انتخاب ، مطالعات از پیش تعیین شده برای واسط های فیزیک انتخاب شده > پیل سوختی هیدروژنی > ثابت با راه اندازی را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add Study را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
مطالعه 1
ثابت – جریان آند
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – Anode Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
پیل سوختی هیدروژنی (fc) | خودکار (تولید اولیه توزیع فعلی) | |
جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (fp2) | اتوماتیک (ایستا) | |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (ht) | اتوماتیک (ایستا) | |
جریان آرام (spf) | اتوماتیک (ایستا) |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
کوپلینگ های چندفیزیکی | حل کنید برای | فرم معادله |
جریان واکنش، فاز 1 گاز O2 (rfo1) | خودکار (تولید اولیه توزیع فعلی) |
ثابت – جریان کاتدی
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – Cathode Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
پیل سوختی هیدروژنی (fc) | خودکار (تولید اولیه توزیع فعلی) | |
جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند (fp) | اتوماتیک (ایستا) | |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (ht) | اتوماتیک (ایستا) | |
جریان آرام (spf) | اتوماتیک (ایستا) |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
کوپلینگ های چندفیزیکی | حل کنید برای | فرم معادله |
جریان واکنش، فاز 1 گاز H2 (rfh1) | اتوماتیک (ایستا) |
ثابت – جریان خنک کننده
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – Cooling Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
پیل سوختی هیدروژنی (fc) | خودکار (تولید اولیه توزیع فعلی) | |
جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند (fp) | اتوماتیک (ایستا) | |
جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (fp2) | اتوماتیک (ایستا) | |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (ht) | اتوماتیک (ایستا) |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
کوپلینگ های چندفیزیکی | حل کنید برای | فرم معادله |
جریان واکنش، فاز 1 گاز H2 (rfh1) | اتوماتیک (ایستا) | |
جریان واکنش، فاز 1 گاز O2 (rfo1) | اتوماتیک (ایستا) |
ثابت – تمام فیزیک به جز جریان آرام
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – All Physics Except Laminar Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
جریان آرام (spf) | اتوماتیک (ایستا) |
4 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
5 | ![]() |
6 | در جدول، برای انتخاب سلول در ردیف شماره 1 و ستون شماره 3 کلیک کنید. |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
سلول E (ولتاژ سلول (تغییر در جابجایی کمکی)) | محدوده (1,-0.1,0.5) | V |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی ![]() |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 5 را گسترش دهید ، سپس روی Segregated 1 کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای Segregated ، بخش General را پیدا کنید . |
5 | از لیست تثبیت و شتاب ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 5>Segregated 1 node را گسترش دهید ، سپس روی Velocity ua، Pressure pa کلیک کنید . |
7 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، روی قسمت Method and Termination کلیک کنید . |
8 | در قسمت متنی Damping Factor ، 1 را تایپ کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 5>Segregated 1 روی Temperature کلیک کنید . |
10 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، قسمت Method and Termination را پیدا کنید . |
11 | در قسمت متنی Damping Factor ، 1 را تایپ کنید . |
12 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 5>Segregated 1 روی Velocity uc, Pressure pc کلیک کنید . |
13 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، قسمت Method and Termination را پیدا کنید . |
14 | در قسمت متنی Damping Factor ، 1 را تایپ کنید . |
15 | در نوار ابزار مطالعه ، روی ![]() |
مرحله 5: ثابت – تمام فیزیک به جز جریان آرام
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 ، روی مرحله 5: Stationary – All Physics Except Laminar Flow کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، کلیک کنید تا بخش Results When Solving گسترش یابد . |
3 | کادر Plot را انتخاب کنید . |
4 | از لیست گروه Plot ، دما (ht) را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ، ![]() |
نتایج
چگالی جریان غشا
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، چگالی جریان غشایی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Membrane Current Density کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell> بردار چگالی جریان الکترولیت – A/m²>fc.Ilz – بردار چگالی جریان الکترولیت ، z-component را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Unit ، A/cm^2 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Membrane Current Density ، روی ![]() ![]() |
پتانسیل فاز الکترود، سمت آند
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، الکترود فاز پتانسیل، سمت آند را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Electrode Phase Potential، Anode Side کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>fc.phis – Electric Potential – V را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دامنه های جانبی آند را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار الکترود فاز Potential، Anode Side ، روی ![]() ![]() |
پتانسیل فاز الکترود، کاتد
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electrode Phase Potential، Anode Side کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، در قسمت نوشتار برچسب ، الکترود فاز پتانسیل، کاتد را تایپ کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره کاتد ، پتانسیل فاز الکترود را گسترش دهید . |
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Electrode Phase Potential، Cathode>Surface 1 را گسترش دهید ، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، سمت کاتد را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار الکترود فاز پتانسیل، کاتد ، روی ![]() ![]() |
کسر مول، O2، ساده (fc)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Mole Fraction، O2، Streamline (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
ساده 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Mole Fraction، O2، Streamline (fc) را گسترش دهید ، سپس روی Streamline 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . از لیست موقعیت یابی ، روی مرزهای انتخاب شده را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن شماره ، 15 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی گاز کاتد را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Type ، Ribbon را انتخاب کنید . |
بیان رنگ
1 | در پنجره Model Builder ، گره Streamline 1 را گسترش دهید ، سپس روی Color Expression کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بیان رنگ ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mole Fraction، O2، Streamline (fc) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>Species O2>fc.xO2 – Mole fraction را انتخاب کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، سفارشی را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش Type and data را پیدا کنید . تیک Type را پاک کنید . |
5 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Streamline 1 را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، GDL Boundaries را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mole Fraction، O2، Streamline (fc) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
6 | از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 2 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مش را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | ![]() |
2 | در پنجره Model Builder ، در Results>Mole Fraction، O2، Streamline (fc) روی Surface 1 کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Mole Fraction، O2، Streamline (fc) ، روی ![]() ![]() |
کسر مول، H2O، ساده (fc)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Mole Fraction، H2O، Streamline (fc) را گسترش دهید ، سپس روی Mole Fraction، H2O، Streamline (fc) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
ساده 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Streamline 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش عنوان را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Type ، Ribbon را انتخاب کنید . |
بیان رنگ
1 | در پنجره Model Builder ، گره Streamline 1 را گسترش دهید ، سپس روی Color Expression کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بیان رنگ ، قسمت عنوان را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mole Fraction، H2O، Streamline (fc) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>Species H2O>fc.xH2O – Mole fraction را انتخاب کنید . |
3 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، سفارشی را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش Type and data را پیدا کنید . تیک Type را پاک کنید . |
5 | بخش Inherit Style را پیدا کنید . از لیست Plot ، Streamline 1 را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، GDL Boundaries را انتخاب کنید . |
سطح 2
در پنجره Model Builder ، در Results>Mole Fraction، O2، Streamline (fc) روی Surface 2 کلیک راست کرده و Copy را انتخاب کنید .
سطح 2
در پنجره Model Builder ، روی Mole Fraction، H2O، Streamline (fc) کلیک راست کرده و Paste Surface را انتخاب کنید .
سطح 1
1 | ![]() |
2 | در نوار ابزار Mole Fraction، H2O، Streamline (fc) ، روی ![]() ![]() |
سطح
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دما (ht) ، روی ![]() ![]() |
دمای کانال خنک کننده
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دمای کانال خنک کننده را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
جلد 1
1 | روی Cooling Channel Temperature کلیک راست کرده و Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids>Temperature>T – Temperature – K را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . ![]() |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
انتخاب 1
1 | روی جلد 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، کانال های خنک کننده را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دمای کانال خنک کننده ، روی ![]() ![]() |
فعالیت آب
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، Water Activity را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Water Activity کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Hydrogen Fuel Cell>fc.aw – Water Activity (رطوبت نسبی ) را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Water Activity ، روی ![]() ![]() |